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熊海峰/黃小青/林森Nature子刊:PdSn納米線上層狀Pd氧化物促進直接H2O2合成

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目前,工業上生產H2O2的方法主要采用蒽醌氧化法(AO法),而AO法需要大量的能源消耗和添加烷基苯等有毒有機溶劑。電化學H2和O2直接合成H2O2(DHS)是一種綠色且有效的替代方案,然而目前主要的難題就是沒有開發出高效的多相催化劑以實現電催化H2O2的大規模商業應用。
基于此,廈門大學熊海峰黃小青福州大學林森等通過兩步法在Pd4Sn合金納米線(NW)上合成一層Pd氧化物(Pd L/PdSn-NW),該催化劑能夠高效催化H2O2合成。
熊海峰/黃小青/林森Nature子刊:PdSn納米線上層狀Pd氧化物促進直接H2O2合成
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具體而言,首先通過溶劑熱法合成表面粗糙的Pd4Sn納米線(PdSn-NW),然后將Pd前體沉積在PdSn合金納米線(NW)上并在空氣中退火。通過兩步法制備的Pd L/PdSn-NW表現出優異的H2O2生產性能,其能夠在零攝氏度下直接生產H2O2,并且生產速率>520 mol kgcat-1?h-1和選擇性>95%;對于一步法制備的PdSn納米線和PdSn納米顆粒催化劑,催化劑表面在流動的H2/O2中容易被還原,表現出較低的H2O2反應性。
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在Pd L/PdSn-NW催化劑上優異的H2O2產量歸因于PdSn納米線上存在Pd氧化物層,Pd氧化物層在流動的H2/O2中是穩定的,而其他PdSn納米顆粒和PdSn納米線催化劑在H2/O2的存在下會經歷還原反應。
此外,層狀Pd氧化物減少了對氧/氫的吸附、抑制了O-O和H-H鍵的斷裂以及減少了對產生的過氧化物的吸附,從而完全抑制了H2O2加氫和分解。總的來說,這種在金屬納米線上沉積金屬層的表面工程方法,為設計和開發高活性DHS催化劑提供了一種有前景的策略。
Layered Pd Oxide on PdSn Nanowires for Boosting Direct H2O2 Synthesis. Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-33757-0

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